專利名稱：礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于解決煤礦井下巷道掘進過程中超限瓦斯的排放，可根據(jù)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛戎档母淖兌詣诱{(diào)節(jié)通風(fēng)機轉(zhuǎn)速的礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在煤礦生產(chǎn)過程中，瓦斯、煤塵、火、水、頂板和機電事故中，瓦斯事故占有很大比例，且損失之重大、傷亡之嚴(yán)重是六大災(zāi)害之最，而礦井掘進工作面，又是瓦斯煤塵事故多發(fā)地點，過去很多煤礦都采用局部扇風(fēng)機壓入式通風(fēng)。由于局扇恒速運轉(zhuǎn)，常發(fā)生“一風(fēng)吹”排放瓦斯現(xiàn)象，極易發(fā)生瓦斯事故，給煤礦安全生產(chǎn)造成極大困擾，甚至威脅到礦工生命和整座礦井的存亡。
模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。模糊控制實質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應(yīng)用背景。
傳統(tǒng)的自動控制，包括經(jīng)典理論和現(xiàn)代控制理論中有一個共同的特點，即控制器的綜合設(shè)計都要建立在被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(如微分方程、傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程)的基礎(chǔ)上，但是在實際工業(yè)生產(chǎn)中，很多系統(tǒng)的影響因素很多，十分復(fù)雜。建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難，甚至是不可能的。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大，模糊控制不用建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實際系統(tǒng)的輸入輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場操作人員的運行經(jīng)驗，就可對系統(tǒng)進行實時控制。模糊控制實際上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的基本思想是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗，而這些經(jīng)驗多是用語言表達的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。模糊控制器(Fuzzy Controller，即FC)獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點1)模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機理和策略易于接受與理解，設(shè)計簡單，便于應(yīng)用。
2)由工業(yè)過程的定性認識出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。
3)基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計方法，由于出發(fā)點和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個系統(tǒng)的語言控制規(guī)則卻具有相對的獨立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。
4)模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設(shè)計的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。
模糊控制實質(zhì)上是把人的操作經(jīng)驗做經(jīng)驗總結(jié)納為若干條控制規(guī)則，并設(shè)計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，由于模糊控制對過程參數(shù)改變不靈敏，可在所定的工作點上實現(xiàn)穩(wěn)定控制，因此在排放器中采用自組織，自適應(yīng)，自學(xué)習(xí)的模糊控制系統(tǒng)，將復(fù)雜的過程控制納入模糊的控制系統(tǒng)，可以使控制系統(tǒng)簡單可靠。
隨著計算機及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，模糊控制也由最初的經(jīng)典模糊控制發(fā)展到自適應(yīng)模糊控制，專家模糊控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)模糊控制。其實現(xiàn)方式也由最初在微型機(單片機)上用軟件方法實現(xiàn)發(fā)展到應(yīng)用模糊控制開發(fā)出模糊計算機進行直接控制。
模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域，家用電器自動化領(lǐng)域和其他很多行業(yè)中解決了傳統(tǒng)控制方法無法或者是難以解決的問題，取得了令人矚目的成效。已經(jīng)引起了越來越多的控制理論的研究人員和相關(guān)領(lǐng)域的廣大工程技術(shù)人員的極大興趣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將模糊控制理論用于瓦斯排放系統(tǒng)中，針對因通風(fēng)機恒速運轉(zhuǎn)而造成“一風(fēng)吹”排放瓦斯，致使主巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸薜膯栴}，提供一種可根據(jù)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛戎档母淖兌詣诱{(diào)節(jié)通風(fēng)機轉(zhuǎn)速的礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)。
礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)，其特征在于在控制箱內(nèi)設(shè)有本質(zhì)安全電源、瓦斯檢測與模糊控制單元、閉鎖控制單元、逆變器驅(qū)動電路、主控制器、保護單元；內(nèi)部電路連接關(guān)系為主電源連接整流單元，整流單元連接濾波單元，濾波單元連接逆變單元，逆變單元連接負載；三只瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c瓦斯檢測與模糊控制器相連接，瓦斯檢測與模糊控制器同時與本質(zhì)安全型電源、主控制器、閉鎖控制單元相連接，主控制器連接逆變器驅(qū)動電路和保護單元，逆變器驅(qū)動電路連接逆變單元。
礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的模糊控制方法，該控制方法是把人的操作經(jīng)驗做經(jīng)驗總結(jié)納為若干條控制規(guī)則，并設(shè)計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，其特征在于該系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)，包含三個功能環(huán)節(jié)即用于輸入信號處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)；模糊控制方法的步驟包括1、選定模糊控制器的輸入輸出變量，并進行量程轉(zhuǎn)換；2、確定各變量的模糊語言取值及相應(yīng)的隸屬函數(shù)，即進行模糊化；然后對所選取的模糊集定義其隸屬函數(shù)，可取三角形隸屬函數(shù)或梯形，并依據(jù)問題的不同取為均勻間隔或非均勻的；也可采用單點模糊集方法進行模糊化。
3、建立模糊控制規(guī)則或控制算法；這是指規(guī)則的歸納和規(guī)則庫的建立，是從實際控制經(jīng)驗過渡到模糊控制器的中心環(huán)節(jié)。
4、模糊控制采用信號有三個傳感器T1傳送信號I1值，保證局扇進風(fēng)口處的瓦斯?jié)舛炔怀?，?dāng)該處瓦斯?jié)舛瘸蓿瑧?yīng)停止局扇運行，由礦井通風(fēng)部門進行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)正，保證排放瓦斯過程中，局扇進風(fēng)口有足夠的風(fēng)流；傳感器T2輸送信號I2值，為瓦斯排出巷出口處瓦斯?jié)舛刃盘?，以向系統(tǒng)提供巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓畔?，參與控制，使控制優(yōu)化；傳感器T3輸送信號I3值，為安全排放瓦斯?jié)舛瓤刂菩盘?，I3H為排放瓦斯過程的給定值，當(dāng)I3＜I3H時，扇風(fēng)機可增大轉(zhuǎn)速，以增大排出瓦斯量；當(dāng)I3＞I3H時，扇風(fēng)機可降低轉(zhuǎn)速，以減少排出瓦斯量；其增大或減小值，由控制信號I3，I2的變化驅(qū)勢經(jīng)模糊控制模擬計算決定，最終控制結(jié)果保證混合風(fēng)流處的瓦斯?jié)舛炔怀蕖?br> 本發(fā)明的優(yōu)點是三只瓦斯傳感器T1、T2、T3實時檢測巷道各處瓦斯?jié)舛刃盘?，?jīng)模糊控制器模擬計算控制信號，驅(qū)動編程控制器進行編程控制，編程控制信號激發(fā)觸發(fā)電路控制變頻器，變頻器自動控制調(diào)節(jié)局扇轉(zhuǎn)速，改變輸出風(fēng)量，并逐級逼近工礦點，保證匯風(fēng)合流處的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定安全值以下，實現(xiàn)瓦斯最大效率無超限排放。


圖1是礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2是礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的模糊控制原理圖。
具體實施例方式
見圖1，礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)，在控制箱內(nèi)設(shè)有本質(zhì)安全電源、瓦斯檢測與模糊控制單元、閉鎖控制單元、逆變器驅(qū)動電路、主控制器、保護單元；內(nèi)部電路連接關(guān)系為<p>表3 涂層導(dǎo)熱系數(shù)測量結(jié)果(平均結(jié)果)

五、實驗結(jié)論由表2可以看出，對于同一種涂層，在溫度相近的三次測量中，測得的導(dǎo)熱系數(shù)λ值相差很小，不超過0.011W/mK，相對誤差不超過10％，符合測量要求。
六、誤差分析下面從誤差傳遞公式出發(fā)對本實驗進行誤差分析。
在平均溫度為(T1+T2)/2時的導(dǎo)熱系數(shù)的計算公式為λ＝dCV/(T1-T2)＝dq″/(T1-T2)＝f(d，q″，T1，T2)式中，q″＝CV為通過熱流片的熱流密度。
由上式可以看出λ為d，q″，T1，T2等四個測量值所決定的間接測量值。令Δd，Δq″，ΔT1，ΔT2分別為測量d，q″，T1，T2的最大絕對誤差，Δλ為由Δd，Δq″，ΔT1，ΔT2所引起的間接測量值λ的最大絕對誤差，則由誤差傳遞公式有Δλ＝|f/d|·Δd+|f/q″|·Δq″+|f/T1|·ΔT1+|f/T2|·ΔT2＝λ(Δd/d+Δq″/q″+ΔT1/T1+ΔT2/T2)可變?yōu)棣う?λ＝Δd/d+Δq″/q″+ΔT1/T1+ΔT2/T2式中，Δλ/λ稱為間接測量值λ的最大相對誤差。
傳感器T1傳送信號I1值，保證局扇進風(fēng)口處的瓦斯?jié)舛炔怀?，?dāng)該處瓦斯?jié)舛瘸?，?yīng)停止局扇運行，由礦井通風(fēng)部門進行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)正，保證排放瓦斯過程中，局扇進風(fēng)口有足夠的風(fēng)流。
傳感器T2輸送信號I2值，為瓦斯排出巷出口處瓦斯?jié)舛刃盘?，以向系統(tǒng)提供巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓畔ⅲ瑓⑴c控制，使控制優(yōu)化。
傳感器T3輸送信號I3值，為安全排放瓦斯?jié)舛瓤刂菩盘?。I3H為排放瓦斯過程的給定值，當(dāng)I3＜I3H時，扇風(fēng)機可增大轉(zhuǎn)速，以增大排出瓦斯量；當(dāng)I3＞I3H時，扇風(fēng)機可降低轉(zhuǎn)速，以減少排出瓦斯量。其增大或減小值，由控制信號I3，I2的變化驅(qū)勢經(jīng)模糊控制模擬計算決定，最終控制結(jié)果保證混合風(fēng)流處的瓦斯?jié)舛炔怀蕖?br> 權(quán)利要求
1.礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)，其特征在于在控制箱內(nèi)設(shè)有本質(zhì)安全電源、瓦斯檢測與模糊控制單元、閉鎖控制單元、逆變器驅(qū)動電路、主控制器、保護單元；內(nèi)部電路連接關(guān)系為主電源連接整流單元，整流單元連接濾波單元，濾波單元連接逆變單元，逆變單元連接負載；三只瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c瓦斯檢測與模糊控制器相連接，瓦斯檢測與模糊控制器同時與本質(zhì)安全型電源、主控制器、閉鎖控制單元相連接，主控制器連接逆變器驅(qū)動電路和保護單元，逆變器驅(qū)動電路連接逆變單元。
2.礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)的模糊控制方法，該控制方法是把人的操作經(jīng)驗做經(jīng)驗總結(jié)納為若干條控制規(guī)則，并設(shè)計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，其特征在于該系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)，包含三個功能環(huán)節(jié)即用于輸入信號處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)；模糊控制方法的步驟包括1)、選定模糊控制器的輸入輸出變量，并進行量程轉(zhuǎn)換；2)、確定各變量的模糊語言取值及相應(yīng)的隸屬函數(shù)，即進行模糊化；然后對所選取的模糊集定義其隸屬函數(shù)，可取三角形隸屬函數(shù)或梯形，并依據(jù)問題的不同取為均勻間隔或非均勻的；也可采用單點模糊集方法進行模糊化；3)、建立模糊控制規(guī)則或控制算法；這是指規(guī)則的歸納和規(guī)則庫的建立，是從實際控制經(jīng)驗過渡到模糊控制器的中心環(huán)節(jié)；4)、模糊控制采用信號有三個傳感器T1傳送信號I1值，保證局扇進風(fēng)口處的瓦斯?jié)舛炔怀?，?dāng)該處瓦斯?jié)舛瘸?，?yīng)停止局扇運行，由礦井通風(fēng)部門進行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)正，保證排放瓦斯過程中，局扇進風(fēng)口有足夠的風(fēng)流；傳感器T2輸送信號I2值，為瓦斯排出巷出口處瓦斯?jié)舛刃盘?，以向系統(tǒng)提供巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓畔?，參與控制，使控制優(yōu)化；傳感器T3輸送信號I3值，為安全排放瓦斯?jié)舛瓤刂菩盘?，I3H為排放瓦斯過程的給定值，當(dāng)I3＜I3H時，扇風(fēng)機可增大轉(zhuǎn)速，以增大排出瓦斯量；當(dāng)I3＞I3H時，扇風(fēng)機可降低轉(zhuǎn)速，以減少排出瓦斯量；其增大或減小值，由控制信號I3，I2的變化驅(qū)勢經(jīng)模糊控制模擬計算決定，最終控制結(jié)果保證混合風(fēng)流處的瓦斯?jié)舛炔怀蕖?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于解決煤礦井下巷道掘進過程中超限瓦斯的排放，可根據(jù)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛戎档母淖兌詣诱{(diào)節(jié)通風(fēng)機轉(zhuǎn)速的礦用智能瓦斯控制系統(tǒng)及模糊控制方法，該控制方法是把人的操作經(jīng)驗做經(jīng)驗總結(jié)納為若干條控制規(guī)則，并設(shè)計控制系統(tǒng)去執(zhí)行，以實現(xiàn)對控制對象的有效控制，該系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)，包含三個功能環(huán)節(jié)即用于輸入信號處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點是三只瓦斯傳感器T1、T2、T3實時檢測巷道各處瓦斯?jié)舛刃盘?，?jīng)模糊控制器模擬計算控制信號，驅(qū)動編程控制器進行編程控制，編程控制信號激發(fā)觸發(fā)電路控制變頻器，變頻器自動控制調(diào)節(jié)局扇轉(zhuǎn)速，改變輸出風(fēng)量，并逐級逼近工礦點，保證匯風(fēng)合流處的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定安全值以下，實現(xiàn)瓦斯最大效率無超限排放。
文檔編號G05B15/02GK1676878SQ20051004619
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者左強, 李興, 徐穎, 楊貴發(fā), 常士林 申請人:鞍山榮信電力電子股份有限公司